Die Vorlesung bietet eine umfassende Einführung in anziehbare Robotertechnologien. Sie behandelt menschliche Anatomie und Biomechanik als Grundlagen für das Design anziehbarer Roboter. Gelenkbiomechanik, Bewegungs- und Ganganalyse, das neuromuskuläre System und Modelle des menschlichen Körpers werden diskutiert, um zu verstehen, wie anziehbare Roboter entworfen und gesteuert werden können.

Designprinzipien und Mechanismen anziehbarer Roboter werden behandelt. Aktuierungsmöglichkeiten werden ausführlich behandelt: Anforderungsanalyse basierend auf menschlicher Bewegung und Nutzerbedürfnissen, nachgiebige Aktuatoransätze (serielle elastische, parallele elastische, variable Steifigkeitsaktuierung) und Strategien zur Effizienzsteigerung wie Energy Harvesting, Multi-Artikulation und Unteraktuierung.

Die Vorlesung behandelt Wearable-Computing-Prinzipien wie Körpersignale und -phänomene, Designprinzipien für am Körper getragene Systeme, Befestigungsüberlegungen basierend auf Körperkarten für Hitzetoleranz, Gewichtsverteilung und Flexibilität sowie Stoffdesign mit textilintegrierten Elektronikkomponenten.

Exoskelett-Systeme werden vorgestellt und behandeln Anwendungsbereiche, Designherausforderungen wie Redundanz, kinematische Kompatibilität und Fehlausrichtungen, verschiedene Typen von Exoskeletten und den allgemeinen Designprozess. Prothesensysteme behandeln Typen von Hand- und Beinprothesen, Handsynergien für die Steuerung und mechanische Schnittstellen durch Schaftdesign.

Mensch-Roboter-Interaktion behandelt sowohl physische als auch kognitive Schnittstellen. Kontrollstrategien werden für Prothesensysteme (semi-autonomes Greifen) und Exoskelett-Systeme (hierarchische Kontrolle, Evaluation der Unterstützung) vorgestellt. Das Konzept des Körperschemas wird sowohl aus neurowissenschaftlicher als auch robotischer Perspektive diskutiert, wobei die symbiotische Mensch-Maschine-Interaktion in eng gekoppelten anziehbaren Systemen betont wird. State-of-the-Art-Beispiele aus verschiedenen Anwendungsdomänen illustrieren aktuelle Forschung und Entwicklungen.

Qualifikations-/Lernziele:

Studierende können die Grundlagen, Motivation und Anwendungen anziehbarer Robotertechnologien einschließlich Exoskeletten, Orthesen und Prothesen erklären. Sie verfügen über umfassende Kenntnisse der menschlichen Anatomie, Biomechanik und des neuromuskulären Systems, die für das Design anziehbarer Roboter relevant sind.

Studierende verstehen die Kernkomponenten und Herausforderungen beim Design anziehbarer Robotertechnologien, einschließlich Mechanismen, Aktuierung, Sensoren und Konzepten des Wearable Computing. Sie können Designanforderungen und Herausforderungen einschließlich kinematischer Kompatibilität und Mensch-Roboter-Schnittstellen für anziehbare Roboter analysieren.

Studierende können Kontrollstrategien für Prothesen- und Exoskelett-Systeme erklären, verstehen sowohl physische als auch kognitive Aspekte der Mensch-Roboter-Interaktion und begreifen Konzepte wie Körperschema und symbiotische Mensch-Maschine-Interaktion in anziehbaren Robotersystemen.

Lecture slides and selected current literature references will be given in the lecture and made available in ILIAS.

Sucess is assessed in the form of a written examination, usually lasting 60 minutes in accordance with § 4 (2) No. 1 SPO

Workload:
120 h

• approx. 15 * 2 h = 30 h attendance in the lecture
• approx. 15 * 3 h = 45 h preparation and follow-up of the lecture
• approx. 45 h preparation for the exam and exam itself